автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Модели и алгоритмы управления развитием технических средств технологических процессов

0П07. 83Ф / /

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ХАРКІВСЬКІЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ»

Алі Хассан Абу Зейд

УДК 519.8: 681.518

МОДЕЛІ ТА АЛГОРИТМИ УПРАВЛІННЯ РОЗВИТКОМ ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ

Спеціальність 05.13.06 - Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Харків-2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному технічному університеті «Харківські політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник доктор технічних наук, професор

Годлевський Михайло Дмитрович,

Національний технічний університет «Харківські політехнічний інститут»,

завідувач кафедри автоматизованих сист< управління

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Раскін Лев Григорович,

Національний технічний університет «Харківські політехнічний інститут»,

професор кафедри економічної кібернетики маркетингового менеджменту

доктор технічних наук, професор Шаронова Наталія Валеріївна,

Харківський гуманітарний інститут “Народ:

українська академія”,

проректор з науково-дослідної роботи

Провідна установа

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковсько

«Харківський авіаційний інститут», кафедра інформаційних систе

Міністерство освіти і науки України, м. Харків.

Захист відбудеться « &» ЛЮТОГО 2001 р. о ЗО годині на засідан спеціалізованої вченої ради Д 64.050.07 у Національному технічної

університеті «Харківський політехнічний інститут», за адресою:

61002, м. Харків, вул. Фрунзе 21.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічно університету «Харківський політехнічний інститут».

Автореферат розісланий «<=£-» 20Ц^р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Перехід економіки України до ринкових відношень обумовлює процес децентралізації управління. Підприємства отримали більшу економічну самостійність і незалежність. При цьому, як наслідок, старі методи управління, у більшості випадків, стали менш ефективними, у той час, коли ефективність функціонування будь-якої виробничої системі залежить від ефективного управління.

Однією з основних задач автоматизованої системи управління підприємством (АСУП) є проблема управління розвитком підприємства при середньостроковому і перспективному плануванні. Як правило, такого класу задачі вирішуються на основі лінійного та динамічного програмування з використанням узагальненої інформації про вихідне положення підприємства і попит па продукцію. У результаті особа, яка приймає рішення (ОПР), отримує приблизну інформацію про необхідну динаміку зміни пропускних здібностей окремих підсистем, терміни введення нових потужностей і т.д. Ураховуючи це, необхідно підсистему управління розвитком АСУ підприємства розглядати у вигляді дворівневої системи. На верхньому рівні на основі аналітичних моделей розв’язується задача формування узагальненої інформації про динаміку зміни основних параметрів підприємства, яка уточнюється і перевіряється шляхом імітаційного моделювання технологічних процесів.

Таким чином, виникає проблема розробки моделей і алгоритмів управління розвитком технічних засобів технологічних процесів (ТЗ ТП). У теперішній час проблема динаміки зміни ТЗ ТП є дуже важливою і своєчасною. Тому дослідження, які проводяться у дисертаційній роботі і присвячені синтезу структури ТЗ ТП, динаміці її зміни на деякому плановому періоді, є актуальними.

Зв’язок роботи з науковими програмами, темами та планами.

Дисертаційну роботу виконано в межах досліджень кафедри АСУ ХДПУ з бюджетної теми “Розробка теоретичних основ математичних моделей, організаційно-економічних механізмів ефективного управління національними економіками, що трансформуються”, затвердженої наказом Міністерства у справах науки і технологій України № 72 від 17.03.1997 р.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є підвищення ефективності управління розвитком технічних засобів технологічних процесів, як локальної задачі АСУП, шляхом розробки та дослідження моделей алгоритмів та інформаційної технології системи підтримки прийняття рішень (СППР). Досягнення цієї мети забезпечується в роботі шляхом розв’язання комплексу взаємопов’язаних задач:

І

- формалізація структури підсистеми управління розвитком розподілеп ієрархічної техніко-економічної системи;

- розробка алгоритмічної моделі синтезу структури ТЗ ТП на оснс спрямованого імітаційного моделювання;

- розробка моделей динамічного програмування та алгоритмів управлін; розвитком ТЗ ТП;

- розробка інформаційної технології СІ ПІР для розв’язання зада управління розвитком ТЗ ТП;

- перевірка працездатності моделей та алгоритмів на реальній вихідн інформації.

Об’єктом дослідження є процес управління розвитком технічних засоС технологічних процесів на етапі поточного та середньострокового планування.

Предметом дослідження є моделі, алгоритми та інформаційна технолої управління розвитком технічних засобів технологічних процесів.

Методи дослідження. Задачі управління розвитком технічних засоС технологічних процесів у роботі вирішуються на основі програмно-цільово планування з використанням спрямованого імітаційного моделювання алгоритмів, які базуються на динамічному програмуванні.

Наукова новизна одержаних результатів. Наукова новизна робо полягає у постановці і розв’язанні актуальної задачі управління розвитком ТЗ 'І в межах підсистеми управління розвитком АСУ підприємства. У резульк розв’язання цієї задачі отримано нові наукові результати:

- вперше розроблено метод управління розвитком ТЗ ТП, який базується спрямованому імітаційному моделюванні та моделях динамічно програмування;

- отримали подальший розвиток алгоритмічні моделі синтезу структури '

ТП;

- отримали подальший розвиток моделі та алгоритми, які базуються ідеології динамічного програмування стосовно до рішення задач розвитку ТЗ Т

- вперше розроблено інформаційну технологію СППР управлін розвитком ТЗ ТП на основі спрямованого імітаційного моделювання та модел динамічного програмування.

Практичне значення одержаний результатів складається з наступної Розроблені: 1) модель та алгоритм синтезу структури технічних засоС технологічних процесів, які можуть бути використані для різних галуз промисловості; 2) моделі та алгоритми, які базуються на ідеології динамічно програмування відносно рішення задачі визначення раціональної кількос реконструкцій технічних засобів технологічних процесі, термінів та об’ємів проведення на плановому періоді; 3) програмне забезпечення СППР, я

з

дозволяє вирішувати задачу управління розвитком ТЗ ТП для різних галузей промисловості.

Результати дослідження використані у ВО “Комунар” для рішення задачі :интезу структури технічних засобів технологічного процесу зборки моношасі МШ-60 телевізора “Берізка”, а також в АТ “Полтавамолпрод” для рішення задачі /правління розвитком технічних засобів технологічних процесів переробки молока.

Особистий внесок здобувана. Усі наукові результати, викладені в дисертації, отримані автором особисто. В публікаціях, що написані в співавторстві, автору дисертації належать: в [1] автор поставив задачу синтезу структури технічних засобів технологічних процесів на основі алгоритмічних моделей; в [2] автор прийняв участь у постановці розподіленого рішення задачі системної оптимізації; в [5] - розроблено цільову функцію моделі синтезу структури та управління розвитком ТЗ ТП; в [6] автор розробив алгоритм синтезу структури технічних засобів технологічних процесів.

Апробація результатів дисертації. Результати дослідження доповідалися і обговорювалися на Міжнародних науково-технічних конференціях ‘Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров’я” (Харків 1997, 1998, 1999), на ІІ-ій Українській конференції по автоматичному управлінню “Автоматика” (Львів, 1995), на наукових семінарах кафедри автоматизованих систем управління і кафедри системного аналізу і управління Харківського державного політехнічного університету.

Публікації. По темі дисертації опубліковано б робіт, з них 3 статті в збірниках наукових праць і 3 - у працях наукових конференцій.

Структура дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, чотирьох розділів, висновку и чотирьох додатків. Повний обсяг дисертації складає 179 сторінок; 25 ілюстрацій (з яких 17 розміщено на 6 окремих сторінках); 6 таблиць, які розміщені на 8 сторінках; чотири додатки на 41 сторінці; список використання літературних джерел з 139 найменувань на 13 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкривається стан проблеми, обгрунтовується актуальність теми, формулюється мета роботи, наводиться наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.

У першому розділі проаналізовано основні проблеми управління розвитком технічних засобів технологічних процесів в межах загальної проблеми управління розвитком розподіленої ієрархічної техніко-економічної системи (ТЕС). Всі проблеми розглядаються з точки зору “часового” аспекту. Виділено

чотири періоді планування (управління): оперативне, поточне, середньострою і стратегічне. Підкреслено, що робота присвячена поточному і, в більшій м середньостроковому плануванню. Розглянуто існуючі підходи до рішення зад синтезу структури та управління розвитком ТЗ ТП. Проблема синтезу структ; технічних засобів ТП розглядається як вибір альтернатив з необхіднії структурними властивостями. Наголошено, що коли необхідно пояснити, яь чином улаштовані елементи альтернатив, то така задача має назву зал формування (синтезу структури) і замість терміна альтернаті використовується термін варіант системи. Підкреслено, що основною проблем є рішення задачі у динамічній постановці при середньостроковому управлінні.

На основі проведеного аналізу виконано постановку задачі управлії розвитком ТЗ ТП на основі спрямованого імітаційного моделювання та модсл які базуються на динамічному програмуванні.

У другому розділі наведено формалізовану структуру підсистеми Л управління розвитком ієрархічної розподіленої техніко-економічної системи визначено місце задачі управління розвитком ТЗ ТП у загальній пробл розвитку складної ТЕС. На першому (верхньому) рівні приймаються рішенії точки зору державних інтересів, а на рівні окремого підприємства - з його то' зору (прибуток, частка ринку і т.д.). На цьому рівні на основі узагальне інформації на попит продукції, вихідні пропускні здібності окремих підсис підприємства вирішується задача динаміки його розвитку з урахуваш обмежених ресурсів. Отримані результати є приблизними, тому що ш базуються на узагальненій інформації. Ураховуючи ці обставини підсисті АСУ управління розвитком підприємства в свою чергу розглядається у вип: дворівневої системи. На верхньому рівні на основі аналітичних моде. вирішується задача формування траєкторії розвитку підприємства у виг; динаміки зміни номенклатури і обсягів продукції, а також узагальнеї показників, пов’язаних з пропускними здібностями окремих підсистем, нижньому рівні на основі алгоритмічних моделей вирішується задача управлі розвитком ТЗ ТП. Отримана на цьому рівні інформація використовується уточнення моделей верхнього рівня.

Далі у другому розділі роботи розглядається проблема поточи планування розвитку ТЗ ТП (статична постанова задачі), яка пов’язан синтезом структури технічних засобів технологічного процесу з урахуваиі вихідного положення ТЗ ТП, а також цілей, які стоять перед підприємством.

У роботі виділено дві компоненти технологічного процесу.

¡.Неоднорідний потік замовлень на обслуговування, я характеризується: множиною типів замовлень, параметрами кожного т замовлень, законами розподілу часу замовлень, які надійшли, і т.д.

2. Комплекс технічних засобів ТП, який забезпечує обслуговування множини типів замовлень, який характеризується: множиною елементів

(приборів) обслуговування їх параметрами, законами розподілу часу обслуговування замовлень і т.д.

Перша та друга компоненти ТП визначаються, відповідно, векторами u&U і g єС, де U і G- структурно-параметричні простори цільового та функціонального призначення ТП. Вихідне положення g0 є G комплексу ТЗ ТП визначається алгоритмічно заданою параметричною областю припустимих варіантів функціонування ТП у просторі цільового призначення U.

r,(go,x,i/)<0, 1&L, и : Г* (g0 ,х,и)< 0, / є S, >, и > 0.

де гД^^Д,м)=0 та Г, (gQ, х, i/j = 0 - алгоритмічно задані гіперповерхні, які визначають, відповідно, пропускну здібність /—ої підсистеми та /-ий інтегральний показник, який характеризує всі підсистеми ТП, або їх підмножину; L - множина підсистем ТП; S- множина інтегральних показників; х- вектор параметрів, які

визначають дисципліни обслуговування замовлень на різних етапах

технологічного процесу; g0 = IsLj. На основі методу системної оптимізації сформована алгоритмічна модель синтезу структури ТЗ ТП. Знайти множину ефективних альтернатив вектора (х,х, у, Av), яка забезпечує екстремум критеріям

W(Av), F(g0,x,x,y,v° + Av) (1)

при умовах

(x,y,v° + Ду)є D0(g0,x), х є x{g,v° + Av) AveV, (2)

де

A>(g0,x) = {A,(#o'*)■' У - Уо - const};

'll' r,(g',x,u)<0: g1 = (g‘0,xl ) / є L,

II o o X :r*(g,x,u)<0: g = (g0,x), і є S,

кУ) xeX{a,y), y> 0, u > 0.

DAs0,x) = <

у°- вектор вихідних цілей, що визначають планові показниі

Фо = {фоу * І є 3 ~ множина показників; V - припустима область варіювані

вихідних цілей; со- вектор власних ресурсів, які виділяє підприємство і розвиток ТЗ ТП, а у- ресурси, які запрошуються у вищестоящої системи, >

беруться у кредит; Х{(Б,у)- множина варіантів розвитку ТЗ ТП; V0 + Ді множина варіантів дисциплін обслуговування; р{^0,х,х, у, у0 + Дг>

алгоритмічний критерій, на основі якого визначається структура ТЗ ТП; ^(Ду) узагальнений критерій, який визначає ступінь відхилення від вихідних ціле Згідно з методом системної оптимізації ї)0 і Г)0 - області поширені у “великом; і “малому” по відношенню до /30.

IV (Ду) = ХР;М./(аФу(Ау)),

№

де

рє^ =|ру :ру >0У/є=1|,

соJ (дФ * (Ду)) = Дф^ (Ду)/Аф;(тот), і є Jl

Афу (Ау) = - ф^ (у0 + Ду): ф^(у0 + Ду)< ф^ (у0) = V/ є J,

де фу(у°+Ду) - поточний показник 7-ої цілі, з яким пов’язаний критер АФ?(Ау), що визначає ступінь відхилення по /-ому показнику, а Аф^Я)(К максимальне відхилення; р = |ру } - вектор пріоритетів критеріїв.

У роботі модель (1), (2) розглядається для різних статичних постанові задачі синтезу структури та управління розвитком ТЗ ТП. Для найбілі. загальної постановки наведено алгоритм, який складається з двох етапів. І першому етапі будується Х-траєкторія шляхом надання поступок критері ГГ(Ду) і вирішення для кожної у-поступки наступної задачі. Знайти вектор А\ який забезпечує вирішення наступної задачі

рИдут)= тіп ІК(Ду)

ДуєК

при умові (3) та

Р/0; (Афу (Ау)) > Ц, j є J,

Де

К^[о,К^\, КІГ'=тіп{р,}.

JЄJ

Параметр визначає величину у-поступки, а К^"ах^- її найбільше значення. Таким чином формується множина векторів |у°,у1,г'2...ух 1, Vх | і передбачається, що

Vх є£)0(яоД)Зхє^(я0,ух)

На другому етапі на основі імітаційного моделювання здійснюється просування вздовж ^-траєкторії шляхом виштовхування “істотних” обмежень області припустимих варіантів функціонування ТП на основі локальної оптимізації критерію р{^0,х,х,у,ук^ з використанням ідей метода вектора спаду. Внаслідок цього формується множина К структур ТЗ ТП, кожній з яких відповідає вектор [хк,хк,ук,у*).

У третьому розділі розглядається проблема управління розвитком ТЗ ТП при середньостроковому плануванні (динамічна постановка задачі). У відповідності з підходом, який запропоновано у дисертаційній роботі, на основі вирішення задачі на верхньому рівні підсистеми управління розвитком підприємства формується траєкторія [у(°, І є [1Т]) , де вектор V,0 визначає обсяги робіт, які необхідно виконати у /-му році (підперіоді). Вважається, що із зростанням і вони не знижуються, мають лінійний характер і у 1-ому, 2-ому... т -1-ому підперіодах є поступками по відношенню до т-підперіоду, де т є [2 .ТІ

У тому випадку, коли у” й £>0(£0,х)Зх є ^(д0, V®), необхідно будувати траєкторію з вільним лівим кінцем. Це можна зробити так, як при статичній постановці задачі шляхом надання поступок по критерію IV(Лу). Кінцевою

точкою цієї траєкторії будемо вважати у°. У тому випадку, якщо зростання обсягів робіт між Уд і у,0 має лінійний характер, то траєкторію між точками у,0 і у®,, /є[0,Г-і] можливо задати у вигляді

и = (у/°+і - V,0 )т + V,0 - (у,°+і - у,°) /: т є (і,І +1].

Таким чином формується множина траєкторій {А,1Д7...Я.7-}, які у сукупності називаються Л-траєкторією.

Будемо вважати, що вектор , ґ є [0, Т] визначає обсяг прибутку від виробництва і реалізації продукції у,°. Тоді можна записати векторну кусково-лінійну функцію £ = ф(т,/) у вигляді

S = {fc - S,° )т + S? - (s,°, - S° ) /: x є (t, t +1], t = 0, T -1} і M скалярних кусково-лінійних функцій

sk={slu-sl)x+slk-{slu-slhk)f.^{t,t + \\ t = ОТ7”-!},

_ (4 k є [l,M\

де M- кількість типів продукції, S®k- прибуток від реалізації £-ого типу.

S = {s*. к = їШ\ S? = {s,0*, к = ЇШ\

Система рівнянь (4) може бути перетворена у скалярну кусково-лінійну функці

S = ф(т,ґ) = \ßl+i - z + S, - Sl+l ■ t: т є (t,t +1], t = 0,T -1}, (;

де _ _

- M ( n п \ ~ м f. — м

Sl+l = ІКи -s°J s, = іХ, s = xsk.

Лг=1 к=1 £=1

Далі функція (5) використовується при формуванні динамічних модел управління розвитком ТЗ ТП.

У роботі розглядаються два підходи до формування моделей:

1) перший підхід базується на тому, що кожна складова цільової функ визначає якість функціонування ТП між і-ою і к +]-ою реконструкціями;

2) другий підхід базується на тому, що складові адитивної цільової функ визначають якість функціонування ТП у кожному /-ому підперіоді планове періоду, де t є [1 .т\

У першій та другій моделях використовується множина опорних струкі які формуються на основі алгоритму синтезу структу ТЗ ТП при просуванні вздовж А-траєкторії. М- кількість опорних структур.

Перша модель має наступний вигляд. Знайти вскі

X -\ік> к = \,N +1}, для якого

Нс*)= I.(Fkkk>Xk+i) + Rk(Xk.Xk+i))

Х={Хк) к=о

і задовольняються умови

Xke^lt,ik=0,Ml tk=k,T-(N-k)\, к = \,N,

де gj l - варіант структури ТЗ ТП, к- номер реконструкції, ік - номер опорної структури ТЗ ТП, 4 - підперіод, до початку якого реалізується к-а. реконструкція; ТУ- визначає максимальну кількість реконструкцій; Л/® - максимальний номер

опорної структури ТЗ ТП, який можна досягти при к-ій реконструкції у 4 -ому підперіоді, якщо враховуються обмеження на ресурси

2Л(т)< 2Х =к‘, / = 0,Г-1. (9)

т=0 т=0

/?(т)- ресурси, які використовуються у т-році (підперіоді), /?т - ресурси, які виділяються у т-підперіоді.

Функція ^°(’ік,Хк+1) визначає збитки прибутку на інтервалі планового періоду між кінцем к-ої реконструкції і кінцем £+1-ої реконструкції. Як (Ха »Xа+і )“ витрати на і+1-шу реконструкцію ТП. Якщо вважати, що при к-ій реконструкції здійснено перехід у /¿-ий опорний стан системи і к-а реконструкція була здійснена до початку ¡к -року, тоді хк = g*Л, їм = та

ф(**+і -Ч+\ - 2) - Ф/ік 1 “ 0 •' 1к+\ “ 2 < Х(і </*+1-1,

(ф(і. і - о - ф(\ ^ -1 ^ \ <

(ф(Л / -1) - ф(\ Л ))К0; \ < -1 ‘ *

^ )=л* Xі+^(/*+, .т’), сю)

де 5 = /*,^*+1 —1, Н'(0 = 0 + Ец) *’ та ,і,. ] - параметри, яким відповідає 4-ий

опорний стан ТЗ ТП. Перша складова функції (10) визначає приведені до початку планового періоду капітальні вкладення, які здійснюються у -1-ому підперіоді і закінчуються до 4+;-ого. Друга складова (10) - приведена залишкова вартість капітальних вкладень на кінець планового періоду при умові, що вони І були здійснені у 4+/ -1-ому підперіоді і закінчені ДО ¡¿ц-ОГО.

К°(ак рк + [ )

^ ''к ’ ’Г/1 + І '

Друга модель має такий вигляд. Знайти вектор х = ш» *= Для

яког

Их*)= ,п!!\ Е(^°(Хг)+Я,(Х/- 1-Х«))

X \Хі)

(1

і задовольняються умови

(і:

де - варіант структури ТЗ ТП, який використовується у /-ому підперіоді, а і

складова функції (13) визначає приведені капітальні вкладення, які здійснюють у /-1-ому році і закінчуються до /-ого. Друга складова (13) - приведе залишкова вартість капітальних вкладень на кінець планового періоду при умо що вони були здійснені у / — 1 -ому році і закінчені до / -ого року.

Для вирішення задач (6)-(8) та (11), (12) у роботі використано алгори типу “Київський віник”. Проведено якісний аналіз області використання перш та другої моделей, який показав, що при великій кількості опорних структур ' ТП і тривалому плановому періоді, а також при попередній оцінці невелиь кількості реконструкцій на плановому періоді необхідно використовувати пері модель. Із зростанням оцінки раціональної кількості реконструкцій переваг; точки зору обчислювальної працездатності алгоритму віддається другій моделі

Четвертий розділ роботи присвячено розробці інформаційної техноло СППР для розв’язання задач синтезу структури і управління розвитком ТЗ ТГ межах підсистеми управління розвитком (УР) АСУ підприємсті Функціональну структуру СППР наведено на рис. 1. Вона включає настуї основні складові:

номер опорної структури; N° - максимальний номер опорної структури ТЗ ТИ /-ому підперіоді, який визначається обмеженнями (9).

Функція ^°(Х/) визначає збитки прибутку у /-ому підперіоді, ^(Хгч-Х,) - витрати, які здійснюються у / — 1-ому році (підперіоді) закінчуються до / -ого.

, яким відповідає /,-ий опорний стан ТЗ ТП. Пері

Рис. 1 Функціональна структура СППР

1) система управління базами даних (СУБД). У даній СППР використовувалась СУБД ЕШЕ 5.0, як складова частина БеІрЬі 4. Таблиці локальних баз даних зберігаються у форматі Рагасіох 7.

2) локальні бази даних (БД): формування моделей імітаційного

моделювання (ІМ) технологічних процесів; накопичення статистики моделювання; формування моделей управління розвитком ТЗ ТП; результатів УР ТП;

3) підсистема ІМ вирішує наступні питання: побудова моделі ІМ; реалізація алгоритму імітаційного моделювання, який забезпечує проведення імітаційного експерименту і передачу статистики моделювання у підсистему збору статистики; збір, обробка і аналіз статистики ІМ; підготовка та виведення інформації з бази даних статистики та передача їх користувачу;

4) підсистема управління розвитком ТЗ ТП відповідає за розв’язання задачі раціонального розвитку системи на основі визначення кількості реконструкцій, термінів і варіантів їх проведення. Ця підсистема вирішує наступні питання: побудова моделі задачі; реалізація алгоритму розв’язання задачі; підготовка результатів і передача їх користувачу;

5) підсистема управління інтерфейсом користувача, яка призначена для спілкування ОПР з системою. Основними функціями цієї підсистеми є: обробка

команд, які вводяться та запитів користувача; подання результатів робої підсистем СППР; виведення функцій допомоги та знань, необхідних користува1 для взаємодії з системою.

Моделі та алгоритми імітаційного моделювання ТП та управліш розвитком ТЗ ТП реалізовані у вигляді програмного продукту на мові Вогіаі Delphi 4.0.

У роботі працездатність інформаційної технології СППР управліш розвитком ТЗ ТП перевірена на прикладах: технологічного процесу зборі моношасі МШ-60 телевізора “Берізка”, технологічних процесів переробі молока підприємства AT “Полтавамолпрод”.

Технологічний процес зборки моношасі МШ-60 складається з 21-і окремого робочого місця та двох конвеєрів. Кожне робоче місце та робо' операція конвеєрів характеризуються технічними засобами, які забезпечую виконання ряду технологічних операцій. У дисертаційній роботі розглядаєте проблема формування ряду опорних структур ТЗ ТП зборки моношасі, я характеризуються кількістю моношасі, які можна виробити за добу. П| проведенні імітаційних експериментів отримано довжину перехідного процес імітаційного моделювання, який складав близько 15-20 часів. На рис. 2 наведеї графік відносного відхилення фактичної пропускної здібності від розрахунком для робочого місця № 11. На рис. З наведено графіки часу роботи на до І робочих місць М» 10, 11, 14 у залежності від інтенсивності поступаючі заявок, а на рис. 4 — графіки роботи першого конвеєра у вигляді завантажені окремих робочих операцій. Результати формування окремих опорних структ; ТЗ ТП зборки моношасі-60 можуть бути використані ОПР для визначені термінів вводу нових робочих місць і конвеєрів, що пов’язано з додатковії* капітальними вкладеннями, а також з визначенням кількості змін роботи і окремих робочих місцях та конвеєрах.

Технологічний процес переробки молока на прикладі підприємства / “Полтавамолпрод” забезпечує виробництво 14-ти найменувань основи продукції і складається з 25-ти видів технічних засобів. На основі спрямовано імітаційного моделювання та використання ідей метода вектора спаду п] просуванні вздовж вихідної Л-траєкторії, яка відповідає зростанню перероб: молока з 71-ї тони до 152-х тон, було сформовано 24-ри опорних структури ' ТП. Для формування динамічної траєкторії розвитку ТЗ ТП переробки молокг дисертаційній роботі використано модель (11), (12). Результати розв’язан задачі наведено у таблиці 1, де видно, що на плановому періоді 10 рої раціональна кількість реконструкцій дорівнює шести

І Процент відхилення 0,8

Час роботи за добу

10 11

VN 7 „і

. і " / у.

•*' ■' N '• V-'”-.-і--;:*

* \]4

58 61

Кількість

замовлень

104 ~ Н9122" 150

24

18

12

6

Рис. 2 Вплив стохастичності (робоче місце № 11) Час роботи

за добу Складально-підготс

-X--X-ч---------уУ-----,-х--X----

Заготовча'

-------------

т.. / . .«

Рис. З Час роботи робочих місць

58 61

^..-'З^мбвлень

4------------т-----------т-------л

ТО4- 119 122 150

Рис. 5 Час роботи робочих операцій Рис. 5 Динаміка капітальних вкладень

1-го конвеєра

(ТП переробки молока)

Таблиця

Динамічна траєкторія розвитку ТЗ ТП переробки молока

Рік 1 2 3 4 5 6 7 8 9 її

Опорна структура 1 2 2 3 3 4 19 21 22 2!

Перша реконструкція відповідає введенню одного “сепаратора-відокремлюп; вершків”, який починає працювати у другому році і йому відповідає др) опорна структура ТЗ ТП. З четвертого року планового періоду необхідно ввсс ще одну “машину холодильну аміачну”. Другій реконструкції відповідає трі опорна структура і т.д.

На рис. 5 наведено динаміку капітальних вкладень у розвиток ТЗ ТП, а рис. 6, 7 - траєкторії відхилення обсягів виробництва окремих найменув;: продукції від вихідної А-траєкторії, які пов’язані з обмеженнями (9) на ресу[ по рокам планового періоду. У наведеному прикладі на розвиток ТЗ ' виділяється кожен рік 60 тисяч гривень і одна умовна одиниця ціни технічи засобів ТП відповідає 5,4 гривень.

Таким чином, на основі розробленої інформаційної технології управлії розвитком ТЗ ТП ОПР може визначити необхідні ресурси для розвитку систем метою мінімізації відхилення динамічної траєкторії виробництва у і номенклатури продукції від вихідної А-траєкторії. Імітаційна модель ' дозволяє ОПР більш ретельно оцінити пропускну здібність ТП для прийня рішень на верхньому рівні АСУП.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішена актуальна наукова проблема розроС моделей, алгоритмів та інформаційної технології підтримки прийняття ріші при управлінні розвитком технічних засобів технологічних процесів, проблема має важливе народногосподарське значення. Результати досліджсі використані для розв’язання задачі управління розвитком ТЗ ТП перерос молока, а також у ВО “Комунар” для вирішення проблеми синтезу структ; технічних засобів ТП зборки моношасі МШ-60 телевізора “Берізка”. Розглян; комплекс проблем, у результаті вирішення яких отримано такі результати.

1. Поставлена і формалізована задача розробки підсистеми управлії розвитком в АСУ підприємства у вигляді дворівневої системи. На верхны рівні на основі аналітичних моделей розв’язується задача формування траєкт розвитку підприємства у вигляді динаміки зміни номенклатури і обе: продукції. На нижньому рівні з використанням алгоритмічних і аналітич

моделей динамічного програмування розв’язується задача управління розвитком ТЗ ТП.

2. Розроблені алгоритмічні моделі синтезу структури технічних засобів ТП на основі ідеології програмно-цільового планування і метода системної оптимізації.

3. Розроблено алгоритм синтезу структури ТЗ ТП на основі спрямованого імітаційного моделюванні та траєкторного підходу. Алгоритм складається з двох етапів. На першому будується Х-траєкторія розвитку ТЗ ТП шляхом визначення поступок по відношенню до вихідної цілі. На другому етапі формується низка опорних структур ТЗ ТП при просуванні вздовж Х-траєкторії на основі спрямованого імітаційного моделювання.

4. Для розв’язання задачі управління розвитком ТЗ ТП побудовано два типи моделей динамічного програмування, вихідною інформацією для яких є опорні структури ТЗ ТП Л-траєкторії. Перша модель базується на тому, що кожна складова функції визначає якість функціонування ТП між £-ого і к +1-ою реконструкціями. Складові адитивної цільової функції другої моделі визначають якість функціонування ТП у кожному /-ому році (підперіоді) планового періоду.

5. Запропоновано алгоритми побудови складових адитивних цільових функцій двох типів моделей динамічного програмування. Кожна складова має дві частини, Перша визначає збитки прибутку, а друга - капітальні вкладення з урахуванням їх залишкової вартості.

6. Для вирішення задач мінімізації цільових функцій першої та другої моделей у роботі використано алгоритм типу “Київський віник”. Проведено якісний аналіз області використання першої та другої моделей. Дослідження показали, що при тривалому плановому періоді і великій кількості опорних структур ТЗ ТП, а також при невеликій попередній оцінці плануємої кількості реконструкцій ТП перевага з точки зору обчислювальної працездатності алгоритму віддається першій моделі. Із зростанням плануємої кількості реконструкцій необхідно використовувати другу модель

7. На основі алгоритмічних моделей і алгоритму синтезу структури ТЗ ТП, моделей динамічного програмування , алгоритмів послідовного аналізу варіантів запропоновано метод управління розвитком технічних засобів технологічних процесів. Метод дозволяє в межах виділених ресурсів визначити на плановому періоді раціональну кількість реконструкцій, терміни їх проведення, а також структуру ТЗ ТП для кожного підперіода управління розвитком технологічного процесу з точки зору мінімізації відхилення від заданої Л-траєкторії.

, 8. Розроблено інформаційну технологію управління розвитком ТЗ ТП. Ця

(технологія дозволяє організувати процес прийняття рішень ОПР при поточному і Ісередньостроковому плануванні.

9. На основі повнорозмірної вихідної інформації підтвердже працездатність інформаційної технології СППР для:

1) вирішення задачі синтезу структури технічних засобів ТП збор моношасі МШ-60 телевізора “Берізка” ВО “Комунар”;

2) вирішення задачі управління розвитком ТЗ технологічних процес переробки молока.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Годлевский М.Д., Абу Зейд А. Постановка задачи синтеза структуї технических средств технологических процессов на основе алгоритмическ моделей // Тр. Междунар. науч.-техн. конф. «Информационные технолоп наука, техника, технология, образование, здоровье»,- ч,1,- Харьков, Мишколі Магдебург: Харьк. гос. политехи, ун-т, Мишкольц. ун-т, Магдебург, ун-т, 1997 С. 199-201.

2. Годлевский М.Д., Абу Зейд А. Распределенное решение задач системи оптимизации // Тр. П-ой Украинской конференции по автоматическо управлению “Автоматика-95”, Львов, 1995. - С. 41-42.

3. Абу Зейд А. Алгоритмические модели синтеза структуры техническ

средств технологических процессов // Тр. Междунар. науч.-техн. кої «Информационные технологии: наука, техника, технология, образован!

здоровье»,- Ч.1.- Харьков, Мишкольц, Магдебург: Харьк. гос. политехи, уи Мишкольц. ун-т, Магдебург, ун-т, 1997. - С. 184-186.

4. Абу Зейд А. Синтез структуры технических средств технологическ процессов на основе траєкторного подхода и динамического программирован // «Информационные технологии: наука, техника, технология, образован здоровье»: Сб. науч. тр. ХГПУ Вып. 6. В четырех частях. - Харьков: Харьк. г политехи, ун-т, 1998. - ч.1. — С. 175-177.

5. Годлевский М.Д., Абу Зейд А. Построение целевой функции моді синтеза структуры технических средств технологических процессов // Весті ХГПУ «Системный анализ, управление и информационные технологии», - 199 Вып. 35.-С. 3-6.

6. Годлевский М.Д., Абу Зейд А. Алгоритм синтеза структуры техничесь средств технологических процессов // «Информационные технологии: нау техника, технология, образование, здоровье»: Сб. науч. тр. ХГПУ Вып. 7. четырех частях. - Харьков: Харьк. гос. политехи, ун-т, 1999. - ч.1. — С. 30-33.

17

АНОТАЦІЇ

Алі Хассан Абу Зейд. Моделі та алгоритми управління розвитком технічних засобів технологічних процесів.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. Харківський державний політехнічний університет, Харків, 2000.

Поставлена і формалізована задача розробки підсистеми управління розвитком в АСУ підприємства у вигляді дворівневої ієрархічної системи. Розроблені алгоритмічні моделі синтезу структури технічних засобів технологічного процесу (ТЗ ТП) на основі ідеології програмно-цільового планування і метода системної оптимізації. Розроблено алгоритм синтезу структури ТЗ ТП на основі спрямованого імітаційного моделювання та траєкторного підходу. Для розв’язання задачі управління розвитком ТЗ ТП побудовано два типи моделей динамічного програмування. Для мінімізації цільових функцій першої та другої моделей у роботі використано алгоритм типу "Київський віник“. Розроблено інформаційну технологію системи підтримки прийняття рішень, яка дозволяє організувати процес прийняття рішень при синтезі структури та управлінні розвитком ТЗ ТП.

Ключові слова: управління розвитком, дворівнева система, алгоритмічна модель, технічні засоби, технологічний процес, інформаційна технологія.

Али Хассан Абу Зейд. Модели и алгоритмы управления развитием технических средств технологических процессов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - автоматизированные системы управления и

прогрессивные информационные технологии. Харьковский государственный политехнический университет, Харьков, 2000.

В диссертационной работе поставлена и формализована задача разработки подсистемы управления развитием в АСУ предприятия в виде двухуровневой системы. На верхнем уровне на основе аналитических моделей решается задача формирования траектории развития предприятия в виде динамики изменения номенклатуры и объемов выпускаемой продукции. На нижнем уровне с использованием алгоритмических и аналитических моделей динамического программирования решается задача управления развитием технических средств технологических процессов (ТЗ ТП).

Разработаны алгоритмические модели синтеза структуры технически средств технологических процессов на основе идеологии программно-целевої планирования и метода системной оптимизации. Рассмотрены четы[ постановки задачи синтеза,- которые являются актуальными нр функционировании и управлении развитием технических средсп технологических процессов.

Разработан алгоритм синтеза структуры ТС ТП на основе направленно! имитационного моделирования. Алгоритм состоит из двух этапов. На перво этапе строится траектория развития ТС ТП путем назначения ряда уступок г отношению к первоначально поставленной цели. На втором этш осуществляется синтез опорных структур ТС ТП при продвижении ВДО.І первоначально построенной траектории на основе направленного имитационної моделирования и метода локальной оптимизации.

Для решения задачи управления развитием ТС ТП разработаны два ті и моделей динамического программирования, исходной информацией для ко гор ь являются опорные состояния ТС ТП А—траектории. Первая модель строится і основе того, что каждая составляющая целевой функции определяет качесті функционирования ТП между &-ой и А+1-ой реконструкциями. Составляют! аддитивной целевой функции второй модели определяют качесп функционирования ТП в каждом /-ом году рассматриваемого планової периода.

Предложены алгоритмы построения составляющих аддитивных целеш, функций для двух типов моделей динамического программирования. Ді первого типа моделей каждая составляющая целевой функции состоит из ди; частей: потери прибыли на интервалах между концом к-ой реконструкции концом А+1-ой реконструкции; приведенных расходов на £+1-ю реконструкції с учетом остаточной стоимости капитальных вложений. Для второго тш моделей составляющие целевой функции также состоят из двух частей: поте| прибыли в /-ом году (подпериоде); приведенных расходов, которі осуществляются в /-1-ом году и заканчиваются к /-ому году с учетом остаточж стоимости капитальных вложений.

Для решения задачи минимизации целевых функций первой и втор< модели использован алгоритм «Киевский веник». Проведен качественный анал трудоемкости решения задачи управления развитием ТС ТП на основе первой второй модели, на основе которого сделан следующий вывод относителы применимости первой и второй модели. При большом количестве опорні состояний на плановом периоде и оценке соответствующей небольшої количестве реконструкций целесообразно использовать первую модель, ростом оценки оптимального количества реконструкций бо; предпочтительной становится вторая модель.

Разработана информационная технология системы поддержки принятия решений (СППР) для решения задачи управления развитием технических средств технологических процессов на основе направленного имитационного моделирования и динамического программирования. СППР позволяет организовать процесс принятия решений на этапах текущего и среднесрочного планирования. На основе полноразмерной исходной информации подтверждена работоспособность программного обеспечения СППР для:

1) решения задачи синтеза структуры технологического процесса сборки моношасси МШ-60 телевизора «Березка» ПО «Коммунар»;

2) решения задачи управления развитием технических средств технологических процессов переработки молока АО «Полтавамолпрод».

Ключевые слова: управление развитием, двухуровневая система,

алгоритмическая модель, технические средства, технологический процесс, информационная технология.

Ali Hassan Abu Zeid. Models and algorithms of development control of technological processes engineering facilities. - Manuscript.

A problem of working out the subsystem of evolution control in the enterprise ACS as two-level hierarchical system was set and formalized. The algorithmic models of technological processes engineering facilities (TPEF) structure synthesis, based on program-target planning and system optimization method, were developed. The TPEF structure synthesis algorithm, based on directed imitation modeling and trajectory approach, was developed as well. Two types of dynamic programming models for solution of TPEF evolution control problem were designed. The “Kievsky venik” algorithm is used to minimize the criterion functions in both models. The information technology of decision support system that allows organization of decision support process during structure synthesis and TPEF evolution control was also developed.

Key words: development control, two-level system, algorithmic model, engineering facilities, technological process, information technology.